一种跨运车车轮的独立电液转向系统及方法与流程

本发明涉及一种跨运车控制系统及方法，更具体地说，涉及一种跨运车车轮的独立电液转向系统及方法。

背景技术：

集装箱跨运车是集装箱装卸设备中的主力机型，通常承担由码头前沿到堆场的水平运输以及堆场的集装箱堆码工作。由于集装箱跨运车具有机动灵活、效率高、稳定性好、轮压低等特点，得到普遍的应用。集装箱跨运车作业对提高码头前沿设备的装卸效率十分有利。集装箱跨运车从20世纪60年代问世以来，经过几十年的发展，已经与轮胎式集装箱门式起重机一样，成为集装箱码头和堆场的关键设备。

由于集装箱跨运车技术的提高以及液压等相关技术的发展,集装箱跨运车呈现多样化趋势。在主机配置上,单主机形式仍占有很大市场。这种形式的跨运车,其发动机布置在跨运车顶部,控制和维修较为方便,但质心提高。对于跨π型跨运车,其过高的质心影响了跨运车的行驶安全。双主机跨运车一般为两台发动机分别布置在门架两侧门腿之间,由于发动机布置位置较低,降低了整机的质心位置,安全稳定性有了显著提高，但同时给维护和控制带来一定困难。在传动方式上,除传统的机械和液力机械传动方式外,液压传动和电气传动方式有了较快的发展。

随着智能驾驶驾驶技术的成熟，世界上掀起自动化码头建设的浪潮，除了新建的自动化码头之外，许多传统大型集装箱港口也在进行或者筹划自动化和半自动化的改造。而跨运车作为港口集装箱运输工具中的一种，在港口集装箱水平运输中发挥着非常重要的作用。传统的跨运车车轮转向采用连杆连接，由油缸推动连杆，实现单侧车轮的同步转向，该转向形式控制简单，但转向形式单一,只能实现阿克曼转向，且转向精度不高。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的跨运车转向控制简单，转向形式单一的问题，本发明的目的是提供一种跨运车车轮的独立电液转向系统及方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种跨运车车轮的独立电液转向系统，包括车轮、液压泵、比例阀、转向安全控制器。转向安全控制器计算得到每个车轮应该转过的角度并驱动液压泵，同时根据每个车轮转动角度的不同控制比例阀阀芯的位移，按一定比例改变输入液压泵的液压油的压力、方向和流量。

进一步地，每一个车轮上均设有独立的角度编码器和转向油缸。

进一步地，每一个转向油缸分别连接一个转向比例阀，所有的转向比例阀均连接到液压泵。

进一步地，角度编码器在车轮转动时实时检测车轮转动的角度，并将信号传递给转向安全控制器，转向安全控制器将车轮实际的转动角度与目标转动角度进行对比，实时调整比例阀阀芯的位移。

进一步地，转向油缸分别连接转向比例阀和车轮，高压液压油进入转向油缸推动活塞杆进而推动车轮转动。

进一步地，还包括转向编码器，转向编码器识别跨运车方向机的转动方向和角度，并将数据传输至转向安全控制器。

为实现上述目的，本发明还采用如下技术方案：

一种跨运车车轮的独立电液转向方法，包括以下步骤：利用转向安全控制器计算得到每个车轮应该转过的角度并驱动液压泵；根据每个车轮转动角度的不同控制比例阀阀芯的位移；按一定比例改变输入液压泵的液压油的压力、方向和流量。

进一步地，还包括手动模式，手动模式包括以下步骤：选择转向模式；手动控制跨运车的方向机转动；转向编码器识别跨运车方向机的转动方向和角度，并将数据传输至转向安全控制器。

进一步地，还包括自动模式，自动模式包括以下步骤：选择转向模式；将转向模式的选择数据传输至转向安全控制器。

进一步地，还包括以下步骤：利用角度编码器在车轮转动时实时检测车轮转动的角度，并将信号传递给转向安全控制器；转向安全控制器将车轮实际的转动角度与目标转动角度进行对比，实时调整比例阀阀芯的位移。

在上述技术方案中，本发明采用独立转向系统，极大丰富了转向模式，可在不同工况下，自由切换转向模式，极大提高了作业效率，其结构简单，布置简洁、可靠，精确性高，并且能够确保方向机转动角度和车轮转向同步到位，提高了驾驶安全性及舒适性。

附图说明

图1是本发明跨运车的结构示意图；

图2是8轮跨运车的3种转向模式；

图3是6轮跨运车的4种转向模式；

图4是本发明方法的流程图；

图5是跨运车轮胎转动的原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

参照图1，本发明首先公开一种跨运车车轮3的独立电液转向系统，其主要包括车轮3、转向油缸2、液压泵、比例阀、角度编码器1、转向安全控制器、转向编码器等，其中在每一个车轮3上均设有独立的角度编码器1和转向油缸2。每一个转向油缸2分别连接一个转向比例阀，所有的转向比例阀均连接到液压泵。转向油缸2分别连接转向比例阀和车轮3，高压液压油进入转向油缸2推动活塞杆进而推动车轮3转动。

当车轮3转向时，高压液压油进入液压油缸推动活塞杆进而推动车轮3转动，此时角度编码器1检测车轮3转动的角度并将信号传输到转向安全控制器。具体来说，当车轮3转动时，角度编码器1实时检测车轮3转动的角度，并将信号传递给转向安全控制器，转向安全控制器将车轮3实际的转动角度与目标转动角度进行对比，实时调整比例阀阀芯的位移，即比例阀的阀口的大小，从而实现每个车轮3的精准转向。

在人工驾驶模式下，转向方向机设置了具有力矩阻尼的转向编码器。当方向机转动时，转向编码器能够识别方向机的转动方向和角度，并将数据传输到转向安全控制器，转向安全控制器通过计算得到每个车轮3应该转过的角度，并驱动液压泵泵油，与此同时转向安全控制器根据每个车轮3转动角度的不同控制比例阀阀芯的位移，进而按一定比例改变输入液压油缸的液压油的压力、方向和流量。高压液压油经过比例阀进入液压油缸推动液压油缸的活塞杆移动，进而使车轮3转动。

图2为八轮跨运车运动时的3种转向模式：第一种为跨运车的阿克曼转向模式，在此模式下，跨运车的每个车轮3的转动圆心交于一点但同一轴上每个车轮3的转动角度都不同；第二种为跨运车的斜行模式，在此模式下，每个车轮3都转动同一角度，使跨运车能够沿着侧前方的某一方向上直线行驶；第三种为跨运车的卡车转向模式，即轴2～轴4的车轮3按照某一比例都转过一定角度，而轴1的车轮3保持不动，从而来完成跨运车的转向行驶。

图3为六轮跨运车运动时的4种转向模式，第一种为跨运车的阿克曼转向形式；第二种为跨运车的卡车转向模式；第三种为跨运车的斜行模式；第四种为跨运车的原地转向(回转)模式，即跨运车能够实现360°原地转向。

此外，参照图4，本发明还公开一种跨运车车轮的独立电液转向方法，包括以下步骤：

s1：首先选择驾驶模式。本发明的跨运车车轮的独立电液转向方法包括两种驾驶模式，即本地手动模式和远程自动模式。

若此时在s1中选择本地手动模式，则转向控制流程如下：

s2.1：选择本地手动模式。

s2.2：选择转向模式(阿克曼转向、斜行转向、卡车转向等)

s2.3：当驾驶员在操控面板上选择好转向模式后并开始转动方向机。

s2.4：具有力矩阻尼的转向编码器识别方向机转动方向和角度并将信号传送给转向控制器。

s3：转向安全控制器通过计算得到每个车轮应该转过的角度。

s4：转向安全器根据每个车轮转动角度的不同控制比例阀阀芯的位移，进而按一定比例改变输入液压油缸的液压油的压力、方向和流量。

s5：高压液压油经过比例阀进入液压油缸推动液压油缸的活塞杆移动。

s6：转向油缸使车轮转动。

s7：此时，角度编码器开始实时检测车轮转动的角度，并将信号传递给转向安全控制器，转向安全控制器将车轮实际的转动角度与目标转动角度进行对比，实时调整比例阀阀芯的位移即比例阀阀口的大小，从而实现每个车轮的精准转向。

上述流程是本地手动模式下的转向控制方法，而若在s1中选择远程自动模式，则转向控制流程如下：

s2.5：选择本地手动模式。

s2.6：选择转向模式(阿克曼转向、斜行转向、卡车转向等)，当驾驶员选择好转向模式后将转角指令(信号)传送给转向安全控制器。

s3：转向安全控制器通过计算得到每个车轮应该转过的角度。

s4：转向安全器根据每个车轮转动角度的不同控制比例阀阀芯的位移，进而按一定比例改变输入液压油缸的液压油的压力、方向和流量。

s5：高压液压油经过比例阀进入液压油缸推动液压油缸的活塞杆移动。

s6：转向油缸使车轮转动。

s7：此时，角度编码器开始实时检测车轮转动的角度，并将信号传递给转向安全控制器，转向安全控制器将车轮实际的转动角度与目标转动角度进行对比，实时调整比例阀阀芯的位移即比例阀阀口的大小，从而实现每个车轮的精准转向。

下面通过一个实施例来进一步说明上述技术方案。

图5为跨运车轮胎转动的原理图，其液压中包含的元件有：油箱1，液压泵2，转向比例阀3.1～3.8,液压油缸4.1～4.8。当液压泵工作时，液压泵泵出的液压油经过已被转向安全控制器控制的比例阀进入液压油缸进而推动活塞杆移动。

本地手动模式：

当驾驶员在操控面板上选择好转向模式后并开始转动方向机，具有力矩阻尼的转向编码器通过识别方向机转动角度并将信号传送给转向控制器，转向控制器控制液压泵2转动，同时控制比例阀3.1～3.8开启，经油箱1泵出的液压油经过比例阀3.1～3.8，进入到液压缸4.1～4.8，推动活塞杆，从而使车轮转动。此时角度编码器开始识别车轮的转角，并将车轮转角实时反馈给转向安全控制器，转向安全控制器对比并校正各车轮转向角度，从而完成转向过程。

远程自动模式：

当驾驶员选择好转向模式后将转角指令(信号)传送给转向控制器，转向控制器控制液压泵2转动，同时控制比例阀3.1～3.8开启，经油箱1泵出的液压油经过比例阀3.1～3.8，进入到液压缸4.1～4.8，推动活塞杆，从而使车轮转动。此时角度编码器开始识别车轮的转角，并将车轮转角实时反馈给转向安全控制器，转向安全控制器对比并校正各车轮转向角度，从而完成转向过程。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。